第 九章 同步原理.ppt

第九章同步原理 9 1载波同步方法 9 2载波同步误差对解调性能影响 9 3位同步的方法 9 4群同步 第九章同步原理 同步是通信系统中一个重要的实际问题 其性能的降低直接导致通信系统性能的降低 甚至通信系统不能正常工作 同步技术的种类 载波同步 位同步 帧同步 网同步 9 1载波同步方法 抵制载波的双边带 单边带等信号中不含有载波分量 可以用插入异频法 来提取载波 尤其是SSB SC只能用插入异频法提取载波 一 插入异频法 外同步法 在DSB SC中插入异频法 抑制载波双边带信号的导频插入 插入导频法发端框图 1 工作原理 1 异频插入位置应该在信号频率谱为零的位置 否则异频与信号频谱重叠在一起 接收时不易取出 对于模拟信号 如DSB SSB 载频附近信号频谱为零 但对于数字信号 有码序列含有直流分量 必须进行相矢编码 使其不含有直流分量 才能插入异频 2 插入的异频不是加于调制器的载波 而是将载波90 移位后的 正交载波 接收端方框图 导频提取与解调 经过LPF后 输出 为什么要插入 正交载波 接收端接收时 可以不用相移电路 直接将asin ct取出作为同步载波 即 经LDF输出 若插入异频为 2 在VSB中插入异频法 前面介绍过VSB频谱 以下边带为例 边带滤波器如图所示 fc fm至fc使LSB大部分通过 fc到fc fr让USB小部分通过 由于fc附近有信号分量 不能在fc处来插入异频 1 VSB频谱特点 设f1 fc fm f1f2 fc fr f2 fr VSB滤波器传输函数中滚降部分所占带宽的一半 2 插入异频f1 f2的选择 f1 f2可以在H f 的两侧插入 但f1 f2不能与fc fm和fc fr靠得太近 以免不易游出 f1 f2也不能靠得太远 否则占用频带太宽 其中 fm 调制信号的最高频率 3 载波提取框图 收信号 f1窄带 f2窄带 f2 f1 低通 q次分频 fc窄带 移相 载波输出 二 直接法 1 平方变换法和平方环法 1 平方变换法 设 s t m t cos ctm t 模拟调制信号 则 虽然m t 中无直流分量 但m2 t 中有直流分量 这样在第二项中含有2 c分量 经滤波和3分频后输出载波分量 由于用3 2分频电路 提取载波存在180 相位模糊问题 对移相信号而言 可采用相对移相克服载波的0 相位模糊问题 若m t 1时 则s t PSK信号 经滤波和2分频 提取载波分量 2 平方环法 用PLL代替平方变换法中的2fc窄带滤波器 由于PLL具有良好的跟踪 窄带滤波和记忆性能 具有比平方变换法更好的性能 平方环法提取载波应用较为广泛 2 用相正交环法 科斯塔斯costas 环 加入两个乘法器的本地信号为VCO的输出cos ct 和正交信号sin ct 故称其为同相正交环 设输入为DSB m t cos ct 则 经LPF后 由于 是VCO信号与输入已调信号载波之间的相位差 当环路确定时 很小 用V7控制VCO 使其输出信号相位 减小到最小值 剩余稳态相差 V1就是所需提取的载波 同相正交环的工作频率是载频 而平方环的工作频率是载频的两倍 显然当载频很高时 同相正交环比平方环易于实现 相当于PD器输出 9 2载波相位误差对解调性能影响 载波同步系统提供的载波存在稳态相差和随机相差 使得相干载波相位 和已调信号载波相位不完全相同 稳态相差 载波提取电路在稳态下引起的相差 随机相差 n 因随机噪声引起的同步信号的相差 则总相位差 一 相位误差对双边带调制信号的影响 设收到的双边带信号为S t m t cos ct 相干载波为Sc t cos ct 解调后 经LPF得到输出为 可见 相位误差 对双边带信号解调性能的影响只是引起信噪比下降 二 对单边带调制信号的影响 对单边带调制信号的影响不仅引起信噪比下降 而且还引起信号畸变 设单边带信号 上边带 与相干载波相乘 取低频分量 可见 第一项 第二项与 原基信号正交 使基本信号畸变 越大 畸变越大 由于cos 存在 使信号噪比下降 9 3位同步的方法 直接法 自同步法 当基带信号为随机的二进制不归零的脉冲序列 其本身不包含位同步信号 为此要提取位同步 位同步的方法 插入异频法 外同频法 一 插入异频法 1 类似于载波同步的插入异频法 它是在基带信号频谱的零点插入异频信号 如图 图 a 提取出位同步时钟与插入异频周期 或频率相同 图 b 经相关编码后波形频谱提取出异频频率为位同步时钟频率一半 要经过信频 2 双垂调制法 对PSK FSK发送时进行幅度调制 二 直接法 即直接从数字信号中提取出位同步信号的一种方法 1 滤波法 由于不归零的随机二进制序列 不能直接从其中滤出位同步信号 但经过波形变换后 再经滤波即可 如图所示 归零基带信号 位同步脉冲 2 锁相法 在数字通信中采用的数字锁相法提取位同步 1 数字锁相原理方框图 2 位同步信号提取原理 同步时 若接收码元的速率为F B 则要求位同步脉冲重复速率为F HZ 由于晶振频率设计为nF HZ 经套形后得到重复频率为nF HZ 的窄带脉冲经扣除门 或门并n次分频后 就可得到频率为F HZ 的位同步信号 不同步时 调态原理 a 当频器输出的位同步时钟超前于接收码元的相位时 相位比较器送出一超前脉冲 加到扣除门 常开 的禁止端 扣除一个a路脉冲 这样分频器输出的脉冲相位就推后1 n周期 b 当分频器输出的位同步脉冲滞后于接收码元的相位时 相位比较器送出一滞后脉冲 加到附加门 常闭的 使b路输出一个脉冲通过 或门 插入到原a路之间 使分频器输出相位就提前1 n周期 经过这样反复调态 即实现了同步 三 位同步误差对性能的影响 9 4群同步 群 数字通信中 一定数目的码元组成的一个个 字 或 句 来进行传输 这些 字 或 句 称之为 群 群同步 提供每个群的 开头 和 结尾 的时刻 虽然群同步信号可以由位同步信号分频获得 但每群的 开始 无法由分频器输出决定 连续式插入法 间隔式插入法 群同步方法 插入特殊码组作为群的 头 尾 标记 自同步法 利用数据码组之间特性实现群同步 一 连贯式插入法 在每群开头集中插入群同步码组 1 群同步码 要求 1 具有尖锐单峰特性的局部自相关函数 2 识别器尽量简单 2 设特殊码组 x1 x2 xn 是一个非周期序列 其局部自相关函数表示为 它相当于在时延j 0时 序列中全部元素都参加相关运算 而j 0时 只有部分元素参加相关运算 2 巴克码 一种常用的群同步码组 1 局部自相关函数一个n位巴克码组为 x1 x2 xn 其中xi取值为 1 其局部自相关函数为 n 0或 1 0 j 0 n j 目前已找到的巴克码组如图 同样可求出j 3 5 7时R j 0 j 2 4 6时R j 1 根据这些值 利用偶函数性质 可以作出7位巴克码的R j 与j的关系曲线 当j 0时 当j 1时 以7位巴克码组 为例 它的局部自相关函数如下 由图可见 其自相关函数在j 0时具有尖锐的单峰特性 这一特性正是连贯式插入群同步码组的主要要求之一 2 巴克码识别器及工作原理 用7级移位寄存器 相加器和判决器就可以组成一个巴克码识别器 当输入码元的 1 进入某移位寄存器时 该移位寄存器的1端输出电平为 1 0端输出电平为 1 反之 进入 0 码时 该移位寄存器的0端输出电平为 1 1端输出电平为 1 各移位寄存器输出端的接法与巴克码的规律一致 这样识别器实际上是对输入的巴克码进行相关运算 只有当7位巴克码在某一时刻 正好已全部进入7位寄存器时 7位移位寄存器输出端都输出 1 相加后得最大输出 7 其余情况相加结果均小于 7 若判别器的判决门限电平定为 6 那么就在7位巴克码的最后一位0进入识别器时 识别器输出一个同步脉冲表示一群的开头 二 间隔式插入法 群同步码组不是集中插入在信息码流中而是分散地插入 即每隔一定的数量信息码元 插入一个群同步码 1 逐码移位法 AM帧码检测法 三 群同步系统的性能 群同步系统应该建立时间短 并且在群同步建立后应有较强的抗干扰能力 漏同步概率P 设P为码元错误概率 n为同步码组的码元数 m为判决器容许码组中的错误码元最大数 则同步码组码元n中所有不超过m个错误码元的码组都能被识别器识别 其同步未漏概率为 故漏同步概率为 2 假同步概率P2在信息码元中 也可能出现与群同步码组相同码组 而被识别器认为是同步码组实现假同步 若设二进制消息码元出现